Proses Pembuatan Bioavtur dari Gas CO dan H 2 Hasil Biomassa Lignocellulosic dengan Menggunakan Katalis FT dan MeOH
Pendahuluan
Pada tahun 2012, penerbangan di seluruh dunia menghasilkan 698 juta ton CO2, Diprediksi bahwa pada tahun 2020 emisi penerbangan global akan 0! lebih tinggi dari tahun 200" dan pada tahun 20"0 mereka akan semakin tumbuh dengan #00$00!% &elain peningkatan 'ang signi(ikan dalam emisi )as *umah +aa, (aktor$ (aktor lain seperti ketergantungan tinggi bahan bakar penerbangan pada bahan bakar (osil% -an'a 2! dari bahan bakar transportasi global 'ang berasal dari biomassa% Dua jenis utama dari bahan bakar penerbangan 'aitu bensin .a/gas dan kerosin .min'ak tanah .C8C16% at pen'usun utaman'a terdiri dari para((in, siklopara(in, sejumlah keil keil aromati aromati, , ole(in ole(in bersam bersamaa dengan dengan beberap beberapaa 3at aditi aditi(( 'ang 'ang ditent ditentukan ukan oleh oleh masing$masing kategori a/tur% 4etode kon/ensional utama 'ang digunakan dalam produksi bahan bakar penerbangan biasan'a melalui pen'ulingan min'ak mentah% Proses utama pengkon/ersian min'ak mentah menjadi bahan bakar adalah dengan distilasi (raksional, h'drotreating, h'droraking dan juga re(ining tergantung dari spesi(ikas spesi(ikasii 'ang dibutuhkan untuk bahan bakar penerbangan% penerbangan% 5iomassa, menjadi sumber terbarukan, 'ang menawarkan potensi produksi bahan bakar alternati( 'ang memiliki emisi CO2 'ang lebih keil dibandingkan dengan bahan bakar berbasis (osil% amun, tidak han'a perlu biomassa saja sebagai bahan bakar 'ang dikon/ersikan untuk sektor penerbangan% 5ahan bakar dari biomassa tersebut juga harus memiliki spesi(ikasi 'ang sama dengan jenis bahan bakar jet kon/ensional%Chuk dan Donnell' telah meneliti kompatibilitas beberapa bahan bakar biomassa 'ang dijadikan bahan bakar penerbangan karena mereka potensial untuk diampur dengan bahan bakar penerbangan kon/ensional pada umumn'a%
7D& O*: Pirolisis Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainn'a, di mana material mentah akan mengalami pemeahan struktur kimia menjadi (ase gas% Pirolisis adalah kasus khusus termolisis% Pirolisis ekstrim, 'ang han'a meninggalkan karbon sebagai residu, d isebut karbonisasi% Pirolisis adalah kasus khusus dari thermol'sis terkait dengan proses kimia harring, dan 'ang paling sering digunakan untuk organik bahan%% -al ini terjadi seara spontan pada temperatur tinggi .misaln'a, di atas #00 ; C untuk ka'u, itu berbeda untuk bahan lainn'a, misaln'a dalam kebakaran atau ketika /egetasi datang ke dalam kontak dengan la/a dalam letusan gunung berapi% &eara umum, gas dan airan menghasilkan produk dan meninggalkan residu padat ka'a kandungan karbon% kenan% 4emang, ban'ak 3at kimia penting, seperti (os(or dan asam sul(at, pertama kali diperoleh dengan proses ini% elah diasumsikan berlangsung selama atagenesis, kon/ersi dimakamkan bahan organik untuk bahan bakar (osil% P'rol'sis is also the basis o( p'rograph' % Pirolisis juga merupakan dasar p'rograph'%
Gasiikasi
Pengertian dan De(inisi dari )asi(ikasi merupakan proses produksi gas ka'u atau bahan nabati lain untuk menghasilkan gas kotor, s'ngas atau biogas% )as tersebut bisa dibakar langsung untuk diman(aatkan energin'a atau diubah menjadi tenaga listrik% ?pa'a membuat alat penghasil g as kotor 'ang telah dipisahkan dari tar dan partikel padat serta gas tersebut digunakan sebagai bahan bakar langsung untuk kompor rumah tangga%
Proses Pengubahan 5iomassa menjadi 5ahan 5akar Penerbangan 1% Proses Perubahan 5iomassa 4enjadi Para(in ?ntuk mengubah biomassa menjadi bahan bakar penerbangan, terlebih dahulu harus dirubah menjadi para((in% da ban'ak ara 'ang digunakan untuk melakukann'a% Pada )ambar% 1, menunjukkan diagram alir proses pengkon/ersian biomassa menjadi para((in 'ang siap pakai
)ambar% 2 men'ajikan langkah$langkah skematis proses produksi airan bioa/tur dari biomassa berdasarkan konsep lohol to @et Auel .@% &truktur organik kompleks dari biomassa lignoselulosa dirubah seara proses thermal menjadi sen'awa
sederhana dengan ara gasi(ikasi% &etelah melalui beberapa tahapan, )as B gas 'ang terdiri dari CO dan -2 'ang bisa digunakan untuk mensintesis dari ampuran alkohol ringan% 5ahan bakar penerbangan dapat diproduksi dari ampuran alkohol ringan tersebut setelah mereka telah diproses .upgrade% +omponen organik 'ang tidak terikut dalam sintesis para((in akan dirubah kembali menjadi gas dan ato m karbonn'a dapat digunakan kembali%
&umber biomassa dalam penelitian ini adalah ka'u 'ang dapat mudah digasi(ikasi untuk menghasilkan gas sintesis .5io$re(iner'% )ambar% 2%menggambarkan langkah$langkah proses untuk produksi gas sintesis di o<'$ blown gasi(ier bertekanan% Pembersihan gas termasuk -#, -Cl, -2& dan CO2 dan pendinginan gas terjadi di reaktor ater )as &hi(t .)&, sehingga dapat bereaksi -2 CO 'ang diinginkan di unit sintesis% )as sintesis bersih .6 dipisahkan dari CO2 .% eknologi penghilangan gas CO2 menggunakan sistem dalam penelitian *etisol E
pemodelan &PPlus E% Outlet dari reaktor 4i 'ang diperlukan untuk produksi para(in% &isan'a dari residu proses P& 'ang terdiri dari bahan bakar gas .1# dikirim ke ) Combustor .ruang bakar dan digunakan dalam siklus gabungan untuk produksi panas dan listrik untuk menutupi kebutuhan energi terpadu pada plant tersebut% lkohol 'ang dihasilkan .9 mengalami reaksi kondensasi untuk meningkatkan C>F .10 diikuti dengan dehidrasi untuk diubah menjadi (asa ole(in ringan 'ang sesuai .11% Peningkatan rantai karbon dilakukan di dalam proses dimana terjadi sintesis oligomer C>G%khirn'a, melalui proses hidrogenasi, para(in dapat diproduksi, sebagai bahan utama pembuatan bahan bakar jet .18 dan a/gas .19% 1%1 *eaksi 'ang terjadi dalam Proses &intesis lkohol &intesis alkohol dilakukan dalam tekanan lebih dari >0 bar dan pada suhu 2"0$#20oC dengan katalis 'ang mendukung reaksi sintesis alkoholH nCO F 2n-2 Cn-2nF1 F .n$1-20 erlepas dari reaksi tersebut, air juga dihasilkan dari sintesis alkana dan pergeseran gas CO F -2O CO2 F -2 1%2 +ondensasi lkohol .*eaksi )uerbet Produk utama dari reator 4& 'ang dimodi(ikasi dengan katalis A adalah etanol% ahap pertama proses upgrading bahan bakar adalah kondensasi etanol menjadi (ormasi alohol 'ang lebih tinggi% +atalis e(ekti( 'ang digunakan dalam proses ini adalah oksida logam alkali tanah seperti ontoh *uCl2 2C2-"O- C>-9O- F -2O 1%# Dehidrasi lkohol Dalam dehidrasi alkohol, oksigen dihilangkan dalam bentuk -2O, membentuk ikatan ganda antara karbon 'ang terhubung dengan O-$ dan -F 'ang hilang%
C#-O- C#-6 F -2O C>-9O- C>-8 F -2O *eaksi ini mendorng pembentukan epat eter .dibutileter $ C8-18O dan kemudian mengalami dekomposisi lambat% &uhu 'ang lebih tinggi diperlukan dalam proses ini agar mendapatkan selekti/itas ole(in tinggi% 1%> Oligomerasi Ole(in Pada langkah ini terjadi peningkatan jumlah atom karbon H
nC>-8 C>n-8n, nG2,#,> 1%" -idrogenasi Oligomer ?ntuk menghasilkan ampuran organik 'ang akan diperlakukan sebagai bahan bakar transportasi, alkena harus ditrans(ormasi menjadi para((in .lkana dengan penambahan -2 Cn-2n F -2 C2n-2nF2I n G 8I 12I 16
Alowsheet Produksi 5io(uel dari lkohol dengan katalis A
Proses (lowsheet dari produksi bio(uel dalam hal ini, termasuk reaktor, pemisah .kolom, pemisah (lash dan deanters, penukar panas dan aliran resirkulasi, disajikan dalam gambar #% &etelah sintesis alkohol dan pemisahan gas ringan, Produk etanol diisolasi dan dikirim untuk kondensasi% 4ethanol 'ang telah diproses, didaur ulang dan dikirim kembali ke 4*, sementara alkohol 'ang lebih tinggi diampur 'ang akan memproduksi n$butanol% Dari proses dehidrasi alohol 'ang telah terjadi, maka dapat diasumsikan bahwa semua alohol telah berubah menjadi alkena% Pemisahan alohol pada tahap ini diperlukan agar tidak terjadi akumulasi pada tahap berikutn'a .?nit *eaksi )uerbet selama resirkulasi etanol% 5egitupun air 'ang dihasilkan dari reaksi guerbet dihilangkan dengan ara dekantasi% Dalam reaktor )uerbet dan reaktor Dehidrasi, karena kedua reaktan dan produk dalam (ase gas, mirip dengan 4*I maka mereka dianggap sebagai reaktor aliran plug 'ang berisi katalis .Ai
merupakan ontinuous stirred reators maka katalis dienerkan dalam (ase air% &ehingga 'ang terakhir reaktor memiliki operasi bath d imana jumlah reaktor bath untuk setiap produksi ditentukan oleh waktu tinggal reaksi masing$masing% -idrogen dari proses hidrogenasi diperoleh kembali dari gas sintesis 'ang belum berubah dengan ara Pressure dsorption Proess .P&% 7aju aliran 'ang dibutuhkan hidrogen sama dengan jumlah ole(in 'ang harus terhidrogenasi% +onsentrasi h'drogen dalam aliran inlet di P& harus minimal 0! / /% Oleh karena itu, daur ulang dilakukan lagi untuk memenuhi tingkat konsentrasi -2 minimum% Operasi terus$menerus dari proses P& dipertahankan dengan penggunaan dua bed terpisah, di mana adsorpsi dan desorpsi dilakukan seara bergantian% *eaksi hidrogenasi diasumsikan berlangsung di #0 bar dan 2"0oC% perobaan dilakukan pada tekananJ 20 bar 'ang menghasilkan produk ole(in 'ang sangat tinggi dengan tingkat kon/ersi .J 90! dan selekti/itas alkana 'ang baik .dekat 100!
Alowsheet Produksi 5io(uel dari lkohol dengan katalis 4eO-
Pada )ambar >% &etelah sintesis ampuran alkohol dan pemisahan gas ringan, ampuran alkohol air mengalami kondensasi untuk trans(ormasi isobutanol% &etelah reaktor kondensasi, dua kolom lainn'a digunakan untuk metanol isobutanol pemisahan C2$#O-% lkohol C2$# tidak bereaksi kembali ke reaktor sedangkan metanol
reo/er' dikirim untuk melakukan re(ormasi% +on/ersi etanol oleh .*> diasumsikan sama dengan 1,2!, sedangkan kon/ersi propanol di .*" diatur 82,0!, termasuk jumlah propanol diproduksi oleh .*> . Carlini et al% 200#% 4enurut Carlini et al, selekti/itas untuk butanol adalah sekitar 100!, sehingga tidak ada produk sampingan lainn'a% &etelah itu, isobutanol 'ang mengalami dehidrasi untuk pembentukan alkena 'ang sesuai .isobutene dengan alumina% -al ini dapat menghasilkan kon/ersi dan selekti/itas isobutilen tinggi dapat diapai tanpa e(ek pengotor 'ang signi(ikan% Pertumbuhan rantai karbon dilakukan dalam reaktor berikutn'a di mana oligomerisasi ole(in berlangsung% Proses oligomerisasi tersebut mengha silkan dimer, trimer dan tetramer 'ang dapat diubah menjadi para(in dengan ara hidrogenasi%
